文摘

裂缝将生成由于巨大的混凝土内部温度高。Postcooling方法被广泛使用作为一个标准的冷却技术来减少倒了大体积混凝土的温度。在本文中,一个环形翅片冷却管,可以增加之间的传热面积流水及其周边混凝土提出了加强postcooling冷却效果的方法。分析室内温度变化和分布的混凝土砌块由环形翅片冷却管冷却系统和传统的冷却管系统是通过有限元模型进行的。是发现,使用提出的混凝土砌块环形翅片冷却管道系统,室内温度的峰值可以进一步降低。与传统的冷却管相比,混凝土的最高温度与一个环形翅片冷却管比早些时候出现,与传统的冷却管。

1。介绍

建设水坝和大跨度悬索桥,大体积混凝土块。大体积混凝土的水化热释放不可能很快消散,因为穷人的混凝土的导热系数。因此,可以生成大温差之间的表面和核心区域混凝土浇注混凝土的早期阶段(1- - - - - -3]。大温差可能导致裂缝,这可能会减少巨大的混凝土的耐久性4- - - - - -6]。因此,减少大体积混凝土内部温度在过去的几十年里成为一个研究热点。

效率的方式命名postcooling方法常被用来改变大量的混凝土结构内部温度分布的(7,8]。大体积混凝土的内部温度分布可以改变通过管道运行的冷水。postcooling方法的冷却效果验证在胡佛大坝的施工过程在上个世纪(9]。在那之后,在这个研究领域出现了大量的学者。研究的内容主要包括三个方面:理论模型,数值模拟和实际测试。

的理论模型:朱和蔡10)调查的冷却效率管道建设过程中浇注混凝土。提供了理论方法分析混凝土之间的传热和冷却液。与此同时,提出了一些实用的计算方法和相关图表为方便工程师。反馈分析方法计算大体积混凝土结构的温度变化是由丁和陈11]。该方法应用于一个大坝在施工期间。钟等。12)提出了一个复合单元法计算提高计算效率的大体积混凝土中温度分布与水在冷却管运行。证实了该方法的可用性有限元方法。非金属冷却管的理论解,与金属冷却管道相比,调查了陈et al。13]。Mogharrebi et al。14)提出了一个评价3 d的对流换热特性magneto-hydrodynamic nanofluid流,包含运动型oxytactic微生物和纳米粒子通过旋转锥。

在数值模拟方面,金等。15]研究大体积混凝土水化热的嵌入与冷却水管道通过使用有限元程序。通过比较数据测量从流程建设的一座桥在韩国,通过三维有限元程序仿真结果显示良好的协议。迈尔斯et al。16)提出了一个近似模型来模拟大体积混凝土的冷却过程冷却管。还提出了一个分析模型模拟混凝土的热生成过程。杨et al。17)提出了一种有限元程序分析大体积混凝土的温度分布。通过实验验证,证书,数值模型是有效的在计算大体积混凝土的温度分布。为反映冷却管周围的温度分布,为热流体耦合过程模型被刘案例库et al。18]。香港et al。19)提出了瞬态温度场的数值模拟算法考虑环境温度和冷却管大小的影响。Rostami et al。20.)数值模拟了对流换热在磁力的作用下₂O₃-rthylene醇纳米流体在多孔介质中。采用Boussinesq-Darcy法和热非平衡模型。暂停采用相变材料作为一种新型流体材料由钱和郭21)来评估其冷却性能。仿真结果提出具体的最高温度可以显著减少了更换水与相变物质的暂停。

在实际测试中,刘et al。22)开发了一种热流体耦合的方式进行冷却管的热模拟系统。进行了相应的测试证书的可用性提出了热流体耦合方法。基于一个按比例缩小的实验模型,温度分布和温度时间历史的核心区域混凝土被黄监控等。23]。测试结果表明,该管冷却系统可以大大减少温度上升。吴et al。24]研究了氢氧化钠的影响低碳胶凝材料的水化。耿et al。25)采用空气管冷却技术,改变混凝土墙的温度分布;一个大尺寸的试验研究与正确嵌入墙波纹管。香港et al。26]提出一种搭配方法使用局部径向基函数来计算温度分布与冷管混凝土结构。例子包括multicooling水管的问题进行调查。从计算结果可以知道该方法可以用于计算温度分布与冷却管在大体积混凝土结构的嵌入式系统。包含MoS混合nanofluid流₂tio₂混合纳米颗粒在磁场的作用下腔外壳被Hosseinzadeh评估等。27]。发现水平椭圆的位置为流体提供了更好的条件和热对流。

众所周知postcooling方法的冷却效果有限的表面积传统冷却管道系统。因此,大规模的一次性浇注高度混凝土通常是不到3米。因此,一个新的冷却管系统可以提高冷却效率的需要大量的混凝土结构的施工。根据热力学定律,传热效率可以通过增加换热面积增加。因此,一个环形翅片冷却管,可以增加之间的传热面积流水及其周边混凝土提出了纸张减少混凝土砌块的内部温度。混凝土砌块的内部温度变化和分布计算研究冷却的影响提出环形翅片冷却管。

2。描述和验证数值模型

2.1。数值模型和控制方程

一个商业软件Ansys 17.0 V是用来计算大体积混凝土的水化热与冷却管。计算不稳定的电导率的有限体积方法,及其控制公式如下: 在哪里 , , , ,和密度、导热系数、温度、水化热的单位体积,分别和比热。

方程用于整个使用材料的水化热 在哪里问₀是整个水泥的水化热。k₁和k₂水泥的水化热调整系数,与渣和粉煤灰混合。

以下是保温变暖的公式: 在哪里W代表了消费P·我每立方米的硅酸盐水泥混凝土;t是具体的时代;W₀代表其他类型的波特兰水泥和的数量修正系数;C代表混凝土比热容;混凝土密度;米水泥胶结系数相关的属性,这个公式是什么 在哪里一个和B代表混凝土铸造温度相关系数。

管道中的水流通过标准的模拟模型。耗散率和湍流动能中使用的模型如下:

在这里, , ,和是常数;代表浮力产生的湍流动能;代表的贡献脉动膨胀总在可压缩湍流耗散率。和动荡的种植园主的数量吗和 ,分别。代表了湍流动能由于平均速度梯度;和和是用户定义的来源。

2.2。数值模型的验证

为验证数学模型的正确性,如图1,我们比较圆柱形混凝土的内部温度从数值模型获得地面控制部分中描述的公式2.1与理论价值。混凝土圆柱的半径是0.4225米和2.0米的长度。冷却水流经一个圆柱形轴向管。管的外半径为0.008米,和内半径是0.007米。混凝土浇注温度273 K,进水口温度273 K。P·O 42.5硅酸盐水泥水化热如图2显示的是就业。具体描述了表的比例1。根据中国标准的大体积混凝土施工MOHURD [28),需要的参数识别方程(3)表中列出2。结合图2和表1和2混凝土的保温变暖可以表示为

理论提出的解决方案是朱(29日,30.)是使用来验证数值模型的准确性。钢冷却管和外半径c和内半径r₀嵌入在一个圆柱形混凝土(在图1 (b)),圆柱混凝土的热传导方程可以显示为

圆柱形混凝土的边界条件

方程解(9)可以通过拉普拉斯变换方法,它可以表示为 在哪里的根是以下方程: 在哪里Y₀和Y₁是零和一阶贝塞尔函数的第二种,分别和J₀和J₁是零和一阶贝塞尔函数的第一种,分别。

通过方程(11),飞机一个图的平均温度1(一)可以通过计算

飞机的平均温度数值模型计算而获得的结果计算方程(13),如图3。研究表明,飞机的平均温度基本上是通过数字模型与理论结果一致。因此,混凝土块的室内温度与冷却管道可以通过使用数字模型基于模拟控制公式中所描述的部分2.1。

3所示。大量混凝土内部温度分布

3.1。参数设置的数值模型

三种典型的有限元模型具有相同几何尺寸的具体如图4是用来研究大体积混凝土内部的温度分布。图5显示原理的环形翅片之间的热交换冷却管和混凝土。通过图5,它可以直接知道周围的环形冷却管的鳍扮演两个角色:首先,他们可以增加传热面积之间的核心区域混凝土和水;其次,作为环形鳍总是金属,混凝土的导热系数比;因此,环形鳍应用快速热交换路径。

如数据所示4和5,表面安装与鳍行高度h_p、间距 ,和厚度 。冷却管的外径是D。代表冷却管的厚度。冷却管的长度l_p,圆周的长度鳍从第一段最后一块l_f。O表示的几何中心的混凝土砌块(0.0,0.0,0.0)。d_c,h_c,l_c如图4大容量具体的几何尺寸x,y,z方向,分别。

四面体元素是用来形成混凝土、管道和水流入管道,如图6(一)。水在管道附近的最高扩张层数是3,和扩张增加率为1.2,如图6 (b)。四面体元素的平均元素质量高于0.8,和四面体元素的偏移值约为0.2。

混凝土和管道的热和几何属性表3。在表3,CP意味着传统的冷却管,大使基金代表环形翅片冷却管。进口水的速度是0.6米/秒,水入渗温度298 K,环境温度为303 K。周围环境和混凝土之间的传热表面是通过热对流边界条件的模拟,和表面传热系数是3.6 W / m²K。

3.2。数值结果

在本节中,混凝土的内部温度分布没有冷却管,与传统的冷却管混凝土,混凝土环形翅片冷却管。混凝土与传统的冷却效果和环形翅片冷却桩相比,通过平面A1在图7(一)。计算结果飞机A1的温度分布云图t= 1.5天,2.5天,3.5天呈现在图8。通过图8,它可以获得高温度梯度之间的核心区域和表面积为具体的生成而不冷却管。混凝土与传统的管和环形翅片管、价值的核心区域的温度降低。与此同时,比较数据8 (b)和8 (c),混凝土的冷却区域嵌入环形翅片冷却管比用传统的冷却管。因此,结论是,环形翅片冷却管系统有更好的冷却效率比传统的冷却管道系统。

为了记录的内部区域混凝土的温度历史,选择在图4分7 (b)。点的坐标一个,b,c,d(0.1米,0.1米,0.0米,0.2米,0.2米,0.0米,0.3米,0.3米,0.0米,和(0.4米,0.4米,0.0米),分别。温度的历史选择的点在图展出9。它可以从图中获得9混凝土块的最高温度冷却的传统冷管方法或环形翅片管方法明显减少。点,混凝土的峰值温度没有CP,具体包含CP、和混凝土包含大使基金是337 K, 322 K, 309 K,分别。混凝土峰值温度的降低程度与环形翅片冷却管比与传统的冷却管。的出现时间与冷却管混凝土最高温度是比混凝土短没有冷却管道。与此同时,混凝土环形翅片冷却管到达最高温度比传统的冷却管。点,CP-free混凝土的峰值温度,CP-containing混凝土和AFCP-containing混凝土出现了2.0天,1.5天,1.0天,分别。上述现象更明显接近冷却管道系统。因为分c和d远离冷却管道系统,内部温度下降小于点一个和b。点的温度下降d远离核心区域的混凝土主要是由于大气传输之间的大体积混凝土的表面和周围的环境。

三个部分,表现出图10选择混凝土的温度分布深度。温度分布通过深度选择部分B, C和D图所示11。它可以知道每个部分的温度分布是降低混凝土的冷管道系统。在部分B温度损失程度明显大于C和D,部分由于原因部分B是接近冷却管。此外,对于混凝土环形翅片冷却管道,也可以得出结论:内部温度的冷却效率高于混凝土与传统的冷却管道。

3.3。调查的环形翅片冷却管的冷却效率

如前所述,环形翅片冷却管的主要属性是增加换热面积比传统的冷却管。因此,在本节中环形翅片冷却管的冷却效率和换热面积的变化进行了探讨。我们可以看到在图5,保持l_f作为一个常数,但不同的距离 ,换热面积也在改变。因此,三个条件= 100毫米,200毫米和400毫米。选定的计算温度点一个,b,c,d如图12。它可以从图12,减少的价值(这意味着增加传热面积的值),环形翅片冷却管的冷却性能增加。因此,得出的结论是,环形翅片冷却管的表面积可以控制混凝土的内部温度分布管的其他参数都是相同的。

表4描述了三个计算条件。他们有一个共同的点,所有采用环形罚款冷却管道具有相同的换热面积。计算点的温度一个,b,c,d如图13。可以获得一个非常有趣的现象,为点b,c,d有点远离管,温度历史几乎是相同的。然而,对于a点,AF_200_100的温度历史,AF_100_66.4, AF_400_143.6有明显的差异。的原因是,点一个,冷却管附近的温度点不仅是由环形翅片的表面区域冷却管,但也由点和相邻的环形鳍之间的距离。精神的环形鳍,他们有一个更高的导热系数比混凝土;因此相邻的点的环形鳍传热路径更短。计算结果平面的温度分布云图如图A1为2.5天14。通过图14,它可以获得冷却管附近,AF_200_100的温度分布,AF_100_66.4, AF_400_143.6有一些差异。此外,对该地区远离管,温度分布几乎是一样的。因此,我们可以说,表面积和点之间的距离和环形鳍是两个关键因素,控制混凝土的温度分布。

4所示。结论

一种新型环形翅片冷却管提出了降低大体积混凝土内部温度的。采用三维有限元模型研究大体积混凝土冷却管道的温度分布与环形翅片和传统的冷却管道。结果导致下面的结论:(1)混凝土与传统的冷却管道或环形翅片冷却管道可以减少核心区域的温度。然而,与传统的冷却管道相比,环形翅片管冷却的冷却范围是广泛的。因此,环形翅片冷却管系统有更好的冷却效率比传统的冷却管道系统。(2)具体的嵌入式与传统冷却管道或环形翅片冷却管道、峰值温度可以减少。然而,比较传统的冷却管,在环形翅片混凝土的峰值温度冷却管降低更多。环形翅片冷却管的混凝土最高温度比传统的冷却管。(3)点附近的冷却管道系统,温度下降在多点冷却管道系统。条件下的恒定的入口速度和入口温度,冷却管的表面积和冷却管和环形翅片之间的距离是两个重要的因素来控制混凝土的温度分布。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者欣然承认提供的金融支持研究中国国家重点研究和发展计划(批准号2017 yfc1500705)和中国国家自然科学基金(批准号51878314和51878314)。